(57)【要約】【課題】ミラーのような対象物を任意の駆動力により動作をコントロールすることができるアクチュエータおよびアクチュエータを有する光学装置等を提供すること。【解決手段】基部２０と、本体部１１と、本体部１１を基部２０に対して移動可能に保持する保持部１３と、を有する対象物３０と、対象物３０側から保持部１３の形成方向に対して略直交する方向に延びている可動櫛歯部６０と、基部２０から保持部１３の形成方向に対して略直交する方向に延びて、可動櫛歯部６０とは間隔をあけて噛み合わされる位置に配置されている固定櫛歯部８０と、を備え、固定櫛歯部８０は、定常的に駆動電圧をかける定常電圧付与固定櫛歯８０Ａと、電圧を調整してかけるための可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂと、から構成されている。【選択図】図４
2006311783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
本体部と、前記本体部を前記基部に対して移動可能に保持する保持部と、を有する対象物と、
前記対象物側から前記保持部の形成方向に対して略直交する方向に延びている可動櫛歯部と、
前記基部から前記保持部の形成方向に対して略直交する方向に延びて、前記可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に配置されている固定櫛歯部と、を備え、
前記固定櫛歯部は、定常的に駆動電圧をかける定常電圧付与固定櫛歯と、電圧を調整してかけるための可変電圧付与固定櫛歯と、から構成されていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記可動櫛歯部は、前記対象物の前記本体部を平面において移動させるために前記本体部から延びて形成されており、
前記固定櫛歯部は、前記可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記可動櫛歯部は、前記対象物の前記本体部を平面において移動させるために前記保持部から延びて形成されており、
前記固定櫛歯部は、前記可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記可動櫛歯部は、前記対象物の前記本体部を平面において移動させるために前記本体部から延びて形成され、
しかも別の前記可動櫛歯部は、前記対象物の前記保持部を中心として前記対象物を回転させるために前記保持部から延びて形成されており、
前記固定櫛歯部は、各前記可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
少なくとも１つの前記定常電圧付与固定櫛歯と、少なくとも１つの前記可変電圧付与固定櫛歯は、交互に間隔をあけて配列されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記可変電圧付与固定櫛歯には、直流電圧を印加することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記可動櫛歯部は、前記対象物の前記本体部の一方の側部と、前記一方の側部とは反対側の他方の側部と、にそれぞれ配置されており、
前記固定櫛歯部は、各前記可動櫛歯部に対応してそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項２または請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記可動櫛歯部は、前記対象物の前記保持部の一方の側部と、前記一方の側部とは反対側の他方の側部と、にそれぞれ配置されており、
前記固定櫛歯部は、各前記可動櫛歯部に対応してそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
対象物を駆動するためのアクチュエータを有する光学装置であって、
前記アクチュエータは、
基部と、
本体部と、前記本体部を前記基部に対して移動可能に保持する保持部と、を有する前記対象物と、
前記対象物側から前記保持部の形成方向に対して略直交する方向に延びている可動櫛歯部と、
前記基部から前記保持部の形成方向に対して略直交する方向に延びて、前記可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に配置されている固定櫛歯部と、を備え、
前記固定櫛歯部は、定常的に駆動電圧をかける定常駆動電圧付与固定櫛歯と、電圧を調整してかけるための可変電圧付与固定櫛歯と、から構成されていることを特徴とするアクチュエータを有する光学装置。
【請求項１０】
ベース層と、前記ベース層の上に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上に形成された活性層とを有する基部の前記活性層に対して、本体部と前記本体部を基部に対して移動可能に保持する保持部とを有する対象物と、前記対象物側から前記保持部の形成方向に対して略直交する方向に延びている可動櫛歯部と、前記基部から前記保持部の形成方向に対して略直交する方向に延びて、前記可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に固定櫛歯部と、を形成し、
前記対象物と前記可動櫛歯部に対応する前記ベース層と前記絶縁層の積層部分を除去することで、前記固定櫛歯部には、定常的に駆動電圧をかける定常電圧付与固定櫛歯と、電圧を調整してかけるための可変電圧付与固定櫛歯とを形成することを特徴とするアクチュエータの製造方法。
【請求項１１】
前記可動櫛歯部は、前記対象物の前記本体部を平面において移動させるために前記本体部から延びて形成され、
前記固定櫛歯部は、前記可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に配置されることを特徴とする請求項１０に記載のアクチュエータの製造方法。
【請求項１２】
前記可動櫛歯部は、前記対象物の前記保持部を平面において移動させるために前記保持部から延びて形成され、
前記固定櫛歯部は、前記可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に配置されることを特徴とする請求項１０に記載のアクチュエータの製造方法。
【請求項１３】
前記可動櫛歯部は、前記対象物の前記本体部を平面において移動させるために前記本体部から延びて形成され、しかも別の前記可動櫛歯部は、前記対象物の前記保持部を中心として前記対象物を回転するために前記保持部から延びて形成され、前記固定櫛歯部は、各前記可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に配置されることを特徴とする請求項１０に記載のアクチュエータの製造方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの前記定常電圧付与固定櫛歯と、少なくとも１つの前記可変電圧付与固定櫛歯は、交互に間隔をあけて配列されることを特徴とする請求項１０ないし請求項１３のいずれかに記載のアクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミラーのような対象物を駆動させるためのアクチュエータおよびアクチュエータを有する光学装置と当該アクチュエータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）デバイスとしては、たとえばミラーデバイスが用いられる。このデバイスを回転駆動するためにアクチュエータが必要である。この種のアクチュエータとしては、これまで、平行平板アクチュエータや電磁アクチュエータが用いられてきた経緯がある。しかし、平行平板アクチュエータでは、可動板と電極板が離れていると駆動トルクが非常に小さくなり、駆動トルクを向上させるために可動板と電極板を近づけて製作すると十分な振れ角が得られなくなるデメリットがある。
電磁アクチュエータでは、駆動力は優れているものの、構造体に電流を流す配線が必要であること、電流を流すため熱が生じること、永久磁石を配置するためデバイスが大きくなってしまうことが欠点として挙げられる。
【０００３】
これらのアクチュエータに代わる存在として、近年注目を集めているのが垂直櫛歯アクチュエータである。垂直櫛歯アクチュエータは駆動方式は平行平板アクチュエータと同様に静電引力方式であるが、高い駆動トルクが得られること、振れ角に制約が無いことに加えて、電磁アクチュエータのような大掛かりなものではなく構造もシンプルであり製作しやすいことから、垂直櫛歯アクチュエータを搭載したＭＥＭＳデバイスの研究開発や報告が盛んに行われている。この種のアクチュエータは、たとえば特許文献１に提案されている。
【特許文献１】特開２００４−３０１８６５号公報（第１頁、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に示すアクチュエータでは次のような問題がある。可動櫛歯状構造体に対しては、プラス側を接続し、固定櫛歯状構造体にはマイナス側を接続することで両者の間に電位差を与えると、静電引力によって可動櫛歯状構造体は固定櫛歯状構造体側へ引き付けられる。これによりトーションバーにはねじりモーメントが生じて、可動板は支持基板に対して変位角を生じる。このように可動櫛歯状構造体側にはプラスの電圧をかけて固定櫛歯状構造体にはマイナスの電圧をかけるだけであるので、可動板を駆動する駆動力を任意に調整することができず、可動板は自由にコントロールすることができない。
【０００５】
そこで本発明は上記課題を解消し、ミラーのような対象物を任意の駆動力により動作をコントロールすることができるアクチュエータおよびアクチュエータを有する光学装置と当該アクチュエータの製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、第１の発明にあっては、基部と、本体部と、前記本体部を前記基部に対して移動可能に保持する保持部と、を有する対象物と、前記対象物側から前記保持部の形成方向に対して略直交する方向に延びている可動櫛歯部と、前記基部から前記保持部の形成方向に対して略直交する方向に延びて、前記可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に配置されている固定櫛歯部と、を備え、前記固定櫛歯部は、定常的に駆動電圧をかける定常電圧付与固定櫛歯と、電圧を調整してかけるための可変電圧付与固定櫛歯と、から構成されていることを特徴とするアクチュエータにより、達成される。
【０００７】
第１の発明の構成によれば、対象物は本体部とこの本体部を基部に対して移動可能に保持する保持部を有している。可動櫛歯部は、対象物側から保持部の形成方向に対して略直交する方向に延びている。固定櫛歯部は、基部から保持部の形成方向に対して略直交する方向に延びていて、可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に配置されている。
この固定櫛歯部は、定常電圧付与固定櫛歯と、可変電圧付与固定櫛歯から構成されている。定常電圧付与固定櫛歯は、定常的に駆動電圧をかけるための櫛歯である。可変電圧付与固定櫛歯は、電圧を調整してかけるための櫛歯である。
これにより、定常電圧付与固定櫛歯に対して定常的に駆動電圧をかけている状態で、可変電圧付与固定櫛歯に対して電圧を調整しながらかけることにより、可動櫛歯部は固定櫛歯部に対して静電引力により引き付けることができるとともに、電圧を調整してかけることにより、対象物および可動櫛歯部に与える駆動力を自由にコントロールすることができる。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記可動櫛歯部は、前記対象物の前記本体部を平面において移動させるために前記本体部から延びて形成されており、前記固定櫛歯部は、前記可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に配置されていることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、可動櫛歯部は、対象物の本体部を平面において移動させるために本体部から延びて形成されている。固定櫛歯部は、可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に配置されている。
これにより、対象物の本体部と可動櫛歯部は、平面内において静電引力により移動させることができる。
【０００９】
第３の発明は、第１の発明の構成において、前記可動櫛歯部は、前記対象物の前記本体部を平面において移動させるために前記保持部から延びて形成されており、前記固定櫛歯部は、前記可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に配置されていることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、可動櫛歯部は、対象物の本体部を平面において移動させるために保持部から延びて形成されている。固定櫛歯部は、可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に配置されている。
これにより、対象物の本体部と可動櫛歯部は、平面内において静電引力により移動させることができる。
【００１０】
第４の発明は、第１の発明の構成において、前記可動櫛歯部は、前記対象物の前記本体部を平面において移動させるために前記本体部から延びて形成され、しかも別の前記可動櫛歯部は、前記対象物の前記保持部を中心として前記対象物を回転させるために前記保持部から延びて形成されており、前記固定櫛歯部は、各前記可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、可動櫛歯部は、対象物の本体部を平面において移動させるために本体部から延びて形成されている。しかも別の可動櫛歯部は、対象物の保持部を中心として対象物を回転させるために保持部から延びて形成されている。固定櫛歯部は、可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置にそれぞれ配置されている。
これにより、対象物の本体部と可動櫛歯部は、平面内において静電引力により移動させることができる。対象物の本体部と可動櫛歯部は、対象物の保持部を中心として回転駆動力を与えることができる。
【００１１】
第５の発明は、第１の発明ないし第４の発明のいずれかの構成において、少なくとも１つの前記定常電圧付与固定櫛歯と、少なくとも１つの前記可変電圧付与固定櫛歯は、交互に間隔をあけて配列されていることを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、少なくとも１つの定常電圧付与固定櫛歯と、少なくとも１つの可変電圧付与固定櫛歯は、交互に間隔をあけて配列されている。
これにより、可変電圧付与固定櫛歯に対して電圧を調整してかけた場合であっても、固定櫛歯部と可動櫛歯部との間における静電引力を全体において均一に発生させることができる。
【００１２】
第６の発明は、第１の発明ないし第４の発明のいずれかの構成において、前記可変電圧付与固定櫛歯には、直流電圧を印加することを特徴とする。
第６の発明の構成によれば、可変電圧付与固定櫛歯には、直流電圧を印加する。
これにより、直流電圧を可変電圧付与固定櫛歯に印加するだけで、可動櫛歯部と固定櫛歯部間における静電引力の値を微妙に調整することができ、対象物の本体部の駆動力の微小なコントロールを確実に行うことができる。
【００１３】
第７の発明は、第２の発明または第４の発明の構成において、前記可動櫛歯部は、前記対象物の前記本体部の一方の側部と、前記一方の側部とは反対側の他方の側部と、にそれぞれ配置されており、前記固定櫛歯部は、各前記可動櫛歯部に対応してそれぞれ配置されていることを特徴とする。
第７の発明の構成によれば、櫛歯部は、対象物の本体部の一方の側部と他方の側部とにそれぞれ配置されている。固定櫛歯部は、各可動櫛歯部に対応してそれぞれ配置されている。
これにより、可動櫛歯部は、一方の側部と他方の側部にそれぞれ配置されていることから、対象物の本体部は一方の側部と他方の側部のいずれの方向においても同様にして駆動力を与えることができる。
【００１４】
第８の発明は、第３の発明または第４の発明の構成において、前記可動櫛歯部は、前記対象物の前記保持部の一方の側部と、前記一方の側部とは反対側の他方の側部と、にそれぞれ配置されており、前記固定櫛歯部は、各前記可動櫛歯部に対応してそれぞれ配置されていることを特徴とする。
第８の発明の構成によれば、可動櫛歯部は、対象物の保持部の一方の側部と他方の側部にそれぞれ配置されている。固定櫛歯部は、各可動櫛歯部に対応してそれぞれ配置されている。
これにより、対象物の保持部の一方の側部と他方の側部にそれぞれ可動櫛歯部が形成されていることから、対象物は対象物の保持部を中心として一方の側部側と他方の側部側においてそれぞれ同じように駆動力を与えることができる。
【００１５】
上記目的は、第９の発明にあっては、対象物を駆動するためのアクチュエータを有する光学装置であって、前記アクチュエータは、基部と、本体部と、前記本体部を前記基部に対して移動可能に保持する保持部と、を有する前記対象物と、前記対象物側から前記保持部の形成方向に対して略直交する方向に延びている可動櫛歯部と、前記基部から前記保持部の形成方向に対して略直交する方向に延びて、前記可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に配置されている固定櫛歯部と、を備え、前記固定櫛歯部は、定常的に駆動電圧をかける定常駆動電圧付与固定櫛歯と、電圧を調整してかけるための可変電圧付与固定櫛歯と、から構成されていることを特徴とするアクチュエータを有する光学装置により、達成される。
これにより、定常電圧付与固定櫛歯に対して定常的に駆動電圧をかけている状態で、可変電圧付与固定櫛歯に対して電圧を調整しながらかけることにより、可動櫛歯部は固定櫛歯部に対して静電引力により引き付けることができるとともに、電圧を調整してかけることにより、対象物および可動櫛歯部に与える駆動力を自由にコントロールすることができる。
【００１６】
上記目的は、第１０の発明にあっては、ベース層と、前記ベース層の上に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上に形成された活性層とを有する基部の前記活性層に対して、本体部と前記本体部を基部に対して移動可能に保持する保持部とを有する対象物と、前記対象物側から前記保持部の形成方向に対して略直交する方向に延びている可動櫛歯部と、前記基部から前記保持部の形成方向に対して略直交する方向に延びて、前記可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に固定櫛歯部と、を形成し、前記対象物と前記可動櫛歯部に対応する前記ベース層と前記絶縁層の積層部分を除去することで、前記固定櫛歯部には、定常的に駆動電圧をかける定常電圧付与固定櫛歯と、電圧を調整してかけるための可変電圧付与固定櫛歯とを形成することを特徴とするアクチュエータの製造方法により、達成される。
第１０の発明の構成によれば、基部の活性層に対して、本体部と保持部を有する対象物と、可動櫛歯部および固定櫛歯部を形成する。対象物は本体部と保持部を有しているが、この保持部は本体部を基部に対して移動可能に保持する部分である。可動櫛歯部は対象物側から保持部の形成方向に対して略直交する方向に延びている。固定櫛歯部は、基部から保持部の形成方向に対して略直交する方向に延びていて、可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に形成される。
対象物と可動櫛歯部に対応するベース層と絶縁層の積層部分が除去されることにより、固定櫛歯部には、定常的に駆動電圧をかける定常電圧付与固定櫛歯と、電圧を調整してかけるための可変電圧付与固定櫛歯とを形成する。
これにより、次のようなアクチュエータを製造することができる。すなわち、定常電圧付与固定櫛歯に対して定常的に駆動電圧をかけている状態で、可変電圧付与固定櫛歯に対して電圧を調整しながらかけることにより、可動櫛歯部は固定櫛歯部に対して静電引力により引き付けることができるとともに、電圧を調整してかけることにより、対象物および可動櫛歯部に与える駆動力を自由にコントロールすることができる。
【００１７】
第１１の発明は、第１０の発明の構成において、前記可動櫛歯部は、前記対象物の前記本体部を平面において移動させるために前記本体部から延びて形成され、前記固定櫛歯部は、前記可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に配置されることを特徴とする。
第１１の発明の構成によれば、可動櫛歯部は、対象物の本体部を平面において移動させるために本体部から延びて形成され、固定櫛歯部は、可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に配置される。
これにより、対象物の本体部と可動櫛歯部は、平面内において静電引力により移動させることができる。
【００１８】
第１２の発明は、第１０の発明の構成において、前記可動櫛歯部は、前記対象物の前記保持部を平面において移動させるために前記保持部から延びて形成され、前記固定櫛歯部は、前記可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に配置されることを特徴とする。
第１２の発明の構成によれば、可動櫛歯部は、対象物の保持部を平面において移動させるために保持部から延びて形成され、固定櫛歯部は、可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に配置される。
これにより、対象物の本体部と可動櫛歯部は、平面内において静電引力により移動させることができる。
【００１９】
第１３の発明は、第１０の発明の構成において、前記可動櫛歯部は、前記対象物の前記本体部を平面において移動させるために前記本体部から延びて形成され、しかも別の前記可動櫛歯部は、前記対象物の前記保持部を中心として前記対象物を回転するために前記保持部から延びて形成され、前記固定櫛歯部は、各前記可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に配置されることを特徴とする。
第１３の発明の構成によれば、可動櫛歯部は、対象物の本体部を平面において移動させるために本体部から延びて形成され、別の可動櫛歯部は、対象物の保持部を中心として対象物を回転するために保持部から延びて形成され、固定櫛歯部は可動櫛歯部とは間隔をあけて噛み合わされる位置に配置される。
これにより、対象物の本体部と可動櫛歯部は、平面内において静電引力により移動させることができる。しかも、対象物の本体部と可動櫛歯部は、対象物の保持部を中心として回転駆動力を与えることができる。
【００２０】
第１４の発明は、第１０の発明ないし第１３の発明の構成において、少なくとも１つの前記定常電圧付与固定櫛歯と、少なくとも１つの前記可変電圧付与固定櫛歯は、交互に間隔をあけて配列されることを特徴とする。
第１４の発明の構成によれば、少なくとも１つの定常電圧付与固定櫛歯部と、少なくとも１つの可変電圧付与固定櫛歯は、交互に間隔をあけて配列される。
これにより、可変電圧付与固定櫛歯に対して電圧を調整してかけた場合であっても、固定櫛歯部と可動櫛歯部との間における静電引力を全体において均一に発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
好ましい実施形態１
図１は、本発明のアクチュエータの好ましい実施形態を示す斜視図であり、また本発明による製造方法の好ましい実施形態により得られたアクチュエータの好ましい一例である。図２と図３は、図１のＡ−Ａ線におけるアクチュエータ１０の断面構造例を示し、図２はアクチュエータ１０の作成途中であり、図３は完成したアクチュエータ１０を示している。
図１を参照しながらアクチュエータ１０の構造例について説明する。
【００２２】
アクチュエータ１０は、ミラー１１を駆動するためのものである。このアクチュエータ１０は、いわゆる垂直櫛歯アクチュエータと呼ぶことができ、静電引力を用いてミラー１１を駆動させるのであるが、高い駆動トルクが得られることと、振れ角の制約が無いことに加えて、たとえば電磁アクチュエータのような大掛かりなものではなく、構造もシンプルであり製作しやすいものである。
アクチュエータ１０は、概略的には基部２０、対象物３０、可動櫛歯部６０および固定櫛歯部８０を有している。
【００２３】
基部２０は、図１と図２に示すようにベース層２１、絶縁層２２および活性層２３を積層して形成した積層体である。この基部２０は、基板とも呼ぶことができ、たとえばＳＯＩ基板（シリコン・オン・インシュレーター）を使用することができる。
ベース層２１はＳｉ基板を使用することができる。絶縁層２２は、ベース層２１と活性層２３の間に形成されており、ベース層２１と活性層２３の間の電気的な絶縁をとっている。対象物３０、可動櫛歯部６０および固定櫛歯部８０は、活性層２３により形成する。たとえばこれらの対象物３０、可動櫛歯部６０および固定櫛歯部８０は、活性層２３に対してレジスト膜を用いてドライエッチングにより形成することができる。この他に活性層２３には複数の電極１００，１０１が形成されている。
【００２４】
図１において、基部２０とミラー１１の平面方向は、Ｘ方向とＹ方向により形成されている。Ｚ方向は、基部２０に対して垂直な方向である。Ｘ，ＹおよびＺ方向は互いに垂直である。
対象物３０は、活性層２３を用いて形成されているが、対象物３０はミラー１１と保持部１３，１３を有している。ミラー１１の２つの端部は、保持部１３，１３により固定側部１４に対して保持されている。保持部１３はたとえば断面矩形状を有し、バーとも呼ぶことができる。ミラー１１は対象物の本体部に相当する。
【００２５】
図１におけるアクチュエータ１０は、ミラー１１をＹ方向に沿ってＸ，Ｙ平面において移動させる機能を有している。
ミラー１１の一方の側部１１Ａと他方の側部１１Ｂには、それぞれ複数の可動櫛歯部６０が、互いに反対方向に突出して形成されている。各可動櫛歯部６０は、互いに平行であるが、間隔をおいて突出して形成されている。可動櫛歯部６０の突出方向は、Ｙ方向であり、保持部１３の長手方向に対して直交する方向もしくは略直交する方向である。２つの保持部１３は、Ｘ方向に沿って形成されている。各可動櫛歯部６０は互いに一定の間隔をおいて突出して形成されていて、各可動櫛歯部６０はＸ方向に沿って間隔をおいて並べて形成された櫛歯である。
【００２６】
図４には、可動櫛歯部６０がＸ方向に沿って、しかも所定間隔ごとに突出して形成されている例を示している。ミラー１１と保持部１３は、固定側部１４とともにグランド１４Ｇに接続されている。可動櫛歯部６０は、それぞれたとえば長方形状の部材である。可動櫛歯部６０は、一方の側部１１Ａと他方の側部１１Ｂにおいて、たとえば図示例では６つ形成されている。
【００２７】
これに対して、図４の固定櫛歯部８０は、両側の可動櫛歯部６０，６０に対して対向する位置に配置されている。固定櫛歯部８０は、定常電圧付与固定櫛歯８０Ａと可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂにより構成されている。図１と図４の例では、定常電圧付与固定櫛歯８０Ａと可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂは、１つずつ互い違いに配列されている。
定常電圧付与固定櫛歯８０Ａと可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂは、各可動櫛歯部６０に対して相互に間隔をおいて噛み合うような位置に配列されている。したがって、各定常電圧付与固定櫛歯８０Ａと可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂは、Ｙ方向に沿って、それぞれミラー１１側に対して突出するようにして形成されている。定常電圧付与固定櫛歯８０Ａと可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂは、保持部１３の長手方向に対して略直交する方向である。
【００２８】
図４の定常電圧付与固定櫛歯８０Ａは、たとえば定常電圧発生部であるたとえばＡＣ（交流）電圧発生部２００に対して電極１００を介してそれぞれ接続されている。可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂは、ＤＣ（直流）電圧発生部２１０に対して電極１０１を介して電気的に接続されている。ＤＣ電圧発生部２１０は、駆動力の微調整用に、可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂだけに調整した電圧を付与する機能を有している。
【００２９】
このように、固定櫛歯部８０は、定常電圧付与固定櫛歯８０Ａと可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂにより構成することにより、次のようなメリットがある。すなわち、ＡＣ電圧発生部２００から定常電圧付与固定櫛歯８０Ａに通電することで、定常電圧付与固定櫛歯８０Ａと可動櫛歯部６０の間で静電引力を発生してミラー１１をＹ方向に移動させる。この場合に、ＤＣ電圧発生部２１０が可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂに対して供給する供給電圧を調整することにより、このミラー１１のＹ方向に関する平面における駆動力、すなわち可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂと可動櫛歯部６０の間における静電引力の微妙な調整を簡単かつ確実に行うことができる。
【００３０】
図４では、固定櫛歯部８０の各櫛歯に対しては通電していない状態を示しているが、図５では、定常電圧付与固定櫛歯８０Ａに対して定常電圧を供給し、可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂに調整電圧を供給した例を示していて、ミラー１１はＹ１方向に移動している。この場合に保持部１３はミラー１１の移動により弾性変形している。
【００３１】
ここで図２と図３を参照して、アクチュエータ１０の製造方法の好ましい例について説明する。
図２と図１に示すように、基部２０を用意し、この基部２０の活性層２３に対して図１に示すような対象物３０、可動櫛歯部６０、固定櫛歯部８０および電極１００，１０１を形成する。
【００３２】
その後、図３に示すようにベース層２１の裏面２１Ｒ側からベース層２１のある領域２１Ｔをエッチングにより除去する。このベース層２１により除去された領域２１Ｔは、図１の可動櫛歯部６０と対象物３０に対応する領域である。このようにこの領域２１Ｔを除去することで、可動櫛歯部６０と対象物３０はベース層２１と絶縁層２２からの拘束から解放することができ、対象物３０と可動櫛歯部６０は基部２０に対して自由に動くことができる。必要に応じて、固定櫛歯部８０に対応する部分についても、対応するベース層２１と絶縁層２２を除去することができる。
【００３３】
図１に示すアクチュエータ１０は、ミラー１１をＹ方向に関して平面的に移動させることができる。図４に示す可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂに対してＤＣ電圧発生部２１０から供給する電圧を大きくすることで、固定櫛歯部８０と可動櫛歯部６０の間における静電引力を大きくでき、駆動力を上昇させることができる。また逆に可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂに対する電圧を下げることにより駆動力を下げることができる。
【００３４】
好ましい実施形態２
図６と図７は、本発明の好ましい実施形態２を示し、かつ本発明の製造方法の好ましい実施形態によって得られた別のアクチュエータの例である。図６はアクチュエータ１０の形状を示す斜視図であり、図７はアクチュエータ１０の配線例を示す平面図である。
図６と図７に示すアクチュエータ１０は、基部２０を有していて、基部２０はベース層２１、絶縁層２２および活性層２３を有している。図６と図７に示すアクチュエータ１０の構成要素が、図１に示すアクチュエータ１０の構成要素と略同じ構成要素である場合には同じ符号を記してその説明を用いることにする。
【００３５】
図６と図７に示すアクチュエータ１０が特徴的なのは次の点である。対象物３０のミラー１１は、保持部１３，１３により固定側部１４に対して保持されている。この保持部１３，１３はトーションバーとも呼ぶことができる。
保持部１３，１３にはそれぞれ可動櫛歯部６０が突出して形成されている。一方の保持部１３の一方の側部にはたとえば６つの可動櫛歯部６０が突出して形成され、他方の側部にはやはり６つの可動櫛歯部６０が突出して形成されている。反対側の保持部１３についても同様の構造である。
各可動櫛歯部６０は、保持部１３の長手方向に対して略直交する方向である。保持部１３は、Ｘ方向に沿って形成されており、各可動櫛歯部６０はＹ方向に突出して形成されている。
これらの可動櫛歯部６０に対応するようにして、固定櫛歯部の定常電圧付与固定櫛歯８０Ａと可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂが交互に形成されている。各定常電圧付与固定櫛歯８０Ａと可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂは、対応する可動櫛歯部６０に対して噛み合うようにしてしかも相互に間隔をあけるようにして突出して形成されていることは、図１の実施形態の例と同様である。
【００３６】
固定櫛歯部８０の定常電圧付与固定櫛歯８０Ａは、電極１００を通じてＡＣ電圧発生部２００に接続されている。同様にして可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂは、電極１０１を介してＤＣ電圧発生部２１０に接続されている。対象物３０のミラー１１および保持部１３はグランド１４Ｇに接続されている。
【００３７】
図６と図７の例では、定常電圧付与固定櫛歯８０Ａに対して定常電圧を供給するとともに、可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂに対して調整電圧を付与することにより、ミラー１１は、たとえばＹ方向に沿って平面的に移動させることができる。
この場合には、保持部１３，１３に対して可動櫛歯部６０が形成されており、固定櫛歯部８０がそれに対応して配置されている。このように保持部１３に対して可動櫛歯部６０を形成するのは、たとえばミラー１１のサイズが小型であって、ミラー１１の一方の側部と他方の側部に対して直接的に可動櫛歯部６０を形成することができない場合に特に有効である。
図１と図６の実施形態では、図２に示すように可動櫛歯部６０と固定櫛歯部８０は、同一平面上において配列されていて、Ｚ方向に関して凹凸の無いように形成することにより、ミラー１１の移動の際には回転トルクは発生しない構造になっている。
【００３８】
好ましい実施形態３
図８と図９は、本発明のさらに好ましい実施形態を示し、かつ本発明の製造方法の好ましい実施形態により得られたさらに別のアクチュエータの例を示している。図８は、アクチュエータ１０の構造を示す斜視図であり、図９は、図８のアクチュエータ１０の配線構造例を示す平面図である。図８と図９に示すアクチュエータ１０の構成要素が、図１と図６に示すアクチュエータ１０の構成要素と略同じ構成要素である場合には同じ符号を記してその説明を用いることにする。
図８と図９に示すアクチュエータ１０は、ミラー１１をＹ方向に平面的に駆動するばかりでなく、ミラー１１をθ方向に回転駆動できる構造のものである。
すなわち、アクチュエータ１０は、対象物３０のミラー１１を、Ｙ方向に沿って平面的に駆動するばかりでなく、ミラー１１を保持部１３，１３を中心としてθに沿って回転駆動することができる。
【００３９】
図８におけるミラー１１および保持部１３とミラー１１の可動櫛歯部６０およびその付近の固定櫛歯部８０の定常電圧付与固定櫛歯８０Ａと可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂの構造および動作については、図１の実施形態と同じであるのでその説明を用いる。
図８のアクチュエータ１０において特徴的なのは、保持部１３，１３に対応して配置されている可動櫛歯部６０，６０と定常電圧付与固定櫛歯８０Ａと可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂの構造である。
【００４０】
図１０は、図８のＣ−Ｃ線における断面構造例を示しており、図１１は、図８のアクチュエータ１０のＤ−Ｄ線における断面構造例を示している。図１０に示すように、ミラー１１の付近における断面構造例では、ベース層２１と絶縁層２２の領域２１Ｔが、可動櫛歯部６０とミラー１１に対応する部分が完全に除去されている。
これに対して、図１１に示すように、保持部１３の付近における領域では、ベース層２１と絶縁層２２の領域２１Ｓがエッチングにより除去されている。この領域２１Ｓは、図１０の領域２１Ｔに比べて狭い領域である。しかも、可動櫛歯部６０，６０は、保持部１３の一方の側部１３Ａと他方の側部１３ＢにおいてそれぞれＹ方向に沿って反対方向に突出して形成されている。これらの可動櫛歯部６０，６０と、対応して配置されている固定櫛歯部８０の定常電圧付与固定櫛歯８０Ａと可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂは、Ｚ方向に沿ってずれるようにして形成されている。
【００４１】
このように可動櫛歯部６０と固定櫛歯部８０をＺ方向に関してずらして形成することにより、定常電圧付与固定櫛歯８０Ａに定常電圧を供給し、可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂに調整電圧を供給することにより、可動櫛歯部６０と固定櫛歯部８０の間には静電引力が発生するが、図１２に示すように、保持部１３はたとえばθ１方向に回転駆動することができる。あるいはθ２方向に回転駆動することができる。このことから、ミラー１１は、Ｙ方向における平面駆動だけではなく、θ１またはθ２方向における回転駆動を発生させることができる。
なお、図８における保持部１３，１３における回転駆動形式は、図６におけるアクチュエータ１０に適用することにより、図６のアクチュエータ１０はＹ方向における平面移動ではなく、ミラー１１の回転移動のみを行うことも勿論可能である。
本発明のアクチュエータの各実施形態は、図２と図３に示すようなアクチュエータの製造方法により作られる。
【００４２】
図１３は、本発明のアクチュエータ１０の適用例を示していて、アクチュエータ１０が、光学装置の一例であるレーザプリンタ１０００に設けられている。
レーザプリンタ１０００は、レーザ光源１００１、レンズ１００２、アクチュエータ１０、レンズ１００３および感光体１０１０を有している。レーザ光源１００１のレーザ光Ｌは、レンズ１００２を通じてアクチュエータ１０のミラー１１により反射する。アクチュエータ１０はたとえば回転駆動することにより、レーザ光Ｌはレンズ１００３を通じて感光体１０１０に対して一次元的に走査することができる。走査されたレーザ光Ｌは、感光体１０１０において画像を形成するために静電潜像を形成する。
【００４３】
本発明のアクチュエータを有する光学装置としては、レーザプリンタに限らず、たとえばプロジェクタやバーコードリーダなどであっても勿論構わない。プロジェクタとしては直接投射型のものと背面投射型のものがある。
本発明の実施した各実施形態において、固定櫛歯部８０は定常電圧付与固定櫛歯８０Ａと可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂを有している。たとえば図４に示すように、定常電圧付与固定櫛歯８０Ａと可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂは１つずつ交互に配列されている。しかしこれに限らず、配列される定常電圧付与固定櫛歯８０Ａの数と配列される可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂの数は２つ以上であっても勿論構わない。
固定櫛歯部８０の数と可動櫛歯部６０の数は図示した数に限るものではない。
可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂは、ＤＣ電圧発生部２１０から任意のＤＣ電圧を供給されるようになっているが、これに限らず任意のＡＣ電圧を供給するようにしても良い。また可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂに対しては、ＤＣ電圧発生部もしくはＡＣ電圧発生部から電圧を供給しないようにすることも勿論可能である。
【００４４】
定常電圧付与固定櫛歯８０Ａと可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂに対して、同じ電圧を印加することにより、従来用いられている固定櫛歯部と同様な用法にすることも勿論可能である。可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂに対してＤＣ電圧を印加することにより、電気ばねとしての機能をさせて、動作時における可動櫛歯部６０の振幅のコントロールをすることもできる。可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂに付与する電圧を大きくすることにより、可動櫛歯部６０とミラー１１の駆動力を上昇させることができ、逆に可変電圧付与固定櫛歯８０Ｂに対する電圧を小さくすることで、可動櫛歯部６０とミラー１１の駆動力を小さくすることもできる。本発明の実施形態では、固定櫛歯に加える電圧を部分的に変化させることで、対象物の駆動力の可変や振幅（変位）の制御ができる。また、基部２０では、絶縁層２２の上にたとえばポリシリコンを形成することで活性層２３を形成しても良い。
【００４５】
本発明の実施形態ではアクチュエータ１０が可動させる対象物としてミラー１１を例に挙げているが、これに限らず他の要素を駆動する場合にも本発明のアクチュエータは使用することができる。
本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
各実施形態の各要素は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のアクチュエータの好ましい実施形態を示す斜視図であり、かつ本発明の製造方法の好ましい実施形態により得られたアクチュエータを示す図。
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面構造例を示す図であり、作成途中を示す図。
【図３】図１のＡ−Ａ線における作成後の断面構造例を示す図。
【図４】図１のアクチュエータの各要素と電気的な接続例を示す図。
【図５】図４の接続例においてミラーが平面方向に移動した例を示す図。
【図６】本発明のアクチュエータの別の実施形態を示す斜視図であり、かつ本発明の製造法により得られたアクチュエータを示す図。
【図７】図６に示す実施形態の電気的な配線例を示す平面図。
【図８】本発明のアクチュエータのさらに別の実施形態を示す斜視図であり、かつ本発明の製造法により得られたアクチュエータを示す図。
【図９】図８のアクチュエータの電気的接続例を示す図。
【図１０】図８のＣ−Ｃ線における断面構造例を示す図。
【図１１】図８におけるＤ−Ｄ線における断面構造例を示す図。
【図１２】保持部が回転駆動された状態を示す図。
【図１３】本発明のアクチュエータの実施形態が適用された光学装置の一例であるレーザプリンタを示す図。
【符号の説明】
【００４７】
１０・・・アクチュエータ、１１・・・ミラー（対象物の本体部の一例）、１３・・・保持部、２０・・・基部、２１・・・ベース層、２２・・・絶縁層、２３・・・活性層、３０・・・対象物、６０・・・可動櫛歯部、８０・・・固定櫛歯部、８０Ａ・・・定常電圧付与固定櫛歯、８０Ｂ・・・可変電圧付与固定櫛歯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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